计算机网络体系结构

计算机网络定义与概念

网络是由自主计算机互联起来的集合体。

• 自主计算机：由硬件和软件组成，能完整实现计算机各种功能的独立个体。
• 互联：计算机之间通过通信信道实现相互通信。
• 集合体：所有使用通信线路及互联设备连接起来的自主计算机的集合。

概念区分

• 与主从式系统的区别：网络中的每台计算机具有独立的操作系统，不从属于某台主机。而主从式系统中许多终端与一台主机相连，由主机控制。
• 与分布式系统的区别：分布式系统对用户是透明的，存在一个自动管理资源的各种操作系统。网络是分布式系统研究的技术基础。

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计算机网络组成与硬件

逻辑上可分为硬件和软件两部分。

硬件组成

• 端系统 (End System) 重点 ：指连接在网络上的主机（PC、服务器、工作站等）。
• 中间系统 (Intermediate System)：指通信设备，如路由器、交换机，负责为主机转发数据。
• 接口设备：如网卡 (NIC)、Modem 等。
  • 网卡 (NIC)：存储 MAC 地址，同时实现了 数据链路层 和 物理层 的功能。
• 传输介质：如双绞线、同轴电缆、光纤、无线链路等。

软件组成

• 通信协议：即传输规则，如 TCP/IP。
• 应用软件：如 WWW、Email、FTP 等。

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计算机网络功能

• 资源共享：包括硬件、软件和数据资源的共享。如万维网访问、网络文件访问。
• 远程通信：如电子邮件、IP 电话、网络会议等。
• 分布式处理：将任务分配给不同的计算机进行处理。
• 网上事务处理：如电子商务、电子政务、远程教育、远程医疗等。

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计算机网络的分类

• 按作用范围：
  • 个人区域网 (PAN)：$\sim 1\text{m}$
  • 局域网 (LAN)：$10\text{m}\sim 1\text{km}$，属于单位所有，高速低误码。分为共享介质式和交换式。
  • 城域网 (MAN)：$\sim 10\text{km}$，覆盖一个城市，如以太网技术扩展到 MAN 领域，或使用 IEEE 802.6 (DQDB) 标准。
  • 广域网 (WAN)：$100\text{km}\sim 1000\text{km}$，由资源子网（主机）和通信子网（交换节点和传输线路）组成。
  • 互联网 (Internet)：跨行星尺度。
• 按拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、网状、混合型。
• 按交换功能：电路交换、报文交换、分组交换。
• 按传输媒体：双绞线网、光纤网、卫星网、无线网。

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计算机网络的传输技术

• 广播式传输：
  • 所有机器共享一个通信信道。
  • 分组中包含目标地址域，机器接收后检查地址是否匹配。
  • 适合地理位置局部化的、较小的网络。
• 点到点式传输：
  • 网络由许多连接组成，每一对连接对应一对机器。
  • 分组从源到目的可能经过多台中间节点。
  • 适合较大的网络。

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